Co-locatie van zonne-energie, gewassen, vee in agrivoltaïsche projecten

Zonne-energie staat centraal in modellen van ecologische duurzaamheid, maar niet alle projecten zijn hetzelfde gebouwd. Een punt van zorg bij de ontwikkeling van energie, al dan niet hernieuwbaar, is het concept van "energiewildgroei", dat is de toewijzing van land voor energieproductie en -distributie.

Milieu Californië schat dat zonne-energie op daken de ontwikkeling van 148,000 acres land zou kunnen voorkomen in vergelijking met een op de grond gemonteerd model dat alleen op utiliteitsschaal wordt gebruikt. Dit is gebaseerd op een geschatte inzet van 28,5 GW zonne-energie op het dak tot 2045 om de doelstellingen voor schone energie te halen. Dat is een gebied dat ongeveer half zo groot is als Los Angeles dat behouden zou kunnen blijven.

Zonne-energie wordt geprezen om zijn vermogen om te worden geïntegreerd in de gebouwde omgeving, op daken te worden geplaatst, te worden geïntegreerd in gevels van gebouwen, op carports, enz. zal ook nodig zijn. Dit is waar agrivoltaïek, de praktijk van co-locatie van zonne-energieproductie met agrarische functies, een rol kan spelen.

Uit onderzoek van de Oregon State University is gebleken dat zonne-energie en agrarische co-locatie 20 procent van de totale elektriciteitsopwekking in de Verenigde Staten kunnen leveren. Grootschalige installatie van agrivoltaïsche energie zou kunnen leiden tot een jaarlijkse vermindering van 330,000 ton kooldioxide-emissies terwijl de oogstopbrengst "minimaal" wordt beïnvloed, aldus de onderzoekers.

De krant constateerde dat er een gebied ter grootte van Maryland nodig zou zijn als agrivoltaïsche energie 20 procent van de Amerikaanse elektriciteitsopwekking zou dekken. Dat is ongeveer 13,000 vierkante mijl of 1 procent van de huidige Amerikaanse landbouwgrond. Op wereldschaal wordt geschat dat 1 procent van alle landbouwgrond zou kunnen voorzien in de energiebehoefte van de wereld als deze wordt omgezet in zonne-PV.

Biosfeer 2

Agrivoltaics doet meer dan land behouden en het meeste uit een hectare halen. Er zijn synergieën tussen de zonnepanelen en de onderstaande landbouwactiviteiten.

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Arizona, die een agrivoltaïsch testcentrum exploiteren in de Biosphere 2, een volledig op zichzelf staande "natuurlijke" binnenomgeving, ontdekte bijvoorbeeld dat gewassen de prestaties van zonnepanelen verbeteren en dat de zonnepanelen de gewasopbrengst verbeteren. in droge omgevingen.

Het Biosphere-team ontdekte dat de schaduw van het fotovoltaïsche systeem de verdamping verminderde, wat betekende dat water langer aan de oppervlakte zou blijven en gewassen beter zou voeden dan landbouw op het land in de open lucht. Dit bespaart niet alleen water, maar zorgt er ook voor dat de planten sterker worden, wat leidt tot een betere gewasopbrengst. Bovendien zorgt de schaduwrijke ruimte die de panelen bieden ervoor dat planten zich verspreiden, op zoek naar zonlicht. In de proeven was het blad met agrivoltaïsche schaduw bijna twee keer zo groot als het blad in de open lucht.

In droge klimaten, zoals die rond Biosphere 2, is er vaak te veel licht en warmte voor planten om goed te groeien. De schaduw van het paneel helpt om betere omstandigheden voor de planten te creëren. Hetzelfde geldt voor zonnepanelen, die bij hoge temperaturen minder stroom produceren. Een conventionele zonne-installatie kan alle vegetatie eronder verwijderen, wat bij grote zonnepanelen een bestudeerd effect van een hitte-eiland veroorzaakt.

Overtollige zonne-energie die niet wordt omgezet in elektriciteit kan het gebied op twee manieren verlaten: als latente warmte of als voelbare warmte. Voelbare warmte is het type dat we kunnen voelen en het type dat schadelijk is voor de productie van zonne-PV. Latente warmte is de energie die wordt geabsorbeerd door nabijgelegen water en verdampt tot damp. Door gewassen eronder toe te voegen in een droog klimaat, voegt u meer latente warmteopname toe, neemt u de warmtedruk van de panelen af ​​en verhoogt u de productie en levenscyclus.

Boeren met een droog klimaat kunnen ook genieten van het werken met agrivoltaïsche cellen. Voorlopige gegevens van het centrum suggereren dat de huidtemperatuur ongeveer 20 graden Fahrenheit lager is dan bij landbouw in de open lucht.

InSPIRE-project

Het National Renewable Energy Laboratory (NREL) onderzoekt vele mogelijkheden voor agrivoltiacs, waaronder het plaatsen van vee of schapen, gewassen, bestuivervriendelijke inheemse planten of bodemherstel en andere ecosysteemdiensten op hetzelfde stuk land als actieve zonnepanelen.

NREL's belangrijkste onderzoeksproject over agrivoltaïsche energie heet Innovative Solar Practices Integrated with Rural Economies and Ecosystems (InSPIRE). Het InSPIRE-project ontwikkelde een financiële rekenmachine om de voordelen van de praktijk te kwantificeren. Het ontwikkelde ook een lijst met best practices voor diegenen die geïnteresseerd zijn om het veld te betreden. Bovendien volgt InSPIRE alle actieve agrivoltaïsche sites in de VS, die u hier kunt vinden.

"Door ons werk, dat zich uitstrekt over meerdere regio's, configuraties en landbouwactiviteiten, hebben we zoveel eerste veelbelovende resultaten gezien", zegt Jordan Macknick, NREL's hoofdenergie-water-landanalist en hoofdonderzoeker voor het InSPIRE-project. "Nu is onze uitdaging om erachter te komen hoe we deze successen kunnen opschalen en repliceren."

NREL ontwikkelde ook een set van vijf basisprincipes voor succes in agrivoltaics, de vijf C's genoemd:

Klimaat-, bodem- en milieuomstandigheden — De omgevingsomstandigheden van een locatie moeten geschikt zijn voor zowel de opwekking van zonne-energie als de gewenste gewassen of bodembedekking.

Configuraties, zonnetechnologieën en ontwerpen -- De keuze van zonnetechnologie, de lay-out van de locatie en andere infrastructuur kan van alles beïnvloeden, van hoeveel licht de zonnepanelen bereikt tot of een tractor, indien nodig, onder de panelen kan rijden. "Deze infrastructuur zal de komende 25 jaar in de grond zitten, dus je moet het goed doen voor je geplande gebruik. Het zal bepalen of het project slaagt", zegt James McCall, een NREL-onderzoeker die aan InSPIRE werkt.

Gewasselectie en teeltmethoden, ontwerp van zaden en vegetatie en managementbenaderingen— Agrivoltaïsche projecten moeten gewassen of bodembedekkers selecteren die gedijen onder panelen in hun lokale klimaat en die winstgevend zijn op lokale markten.

Compatibiliteit en flexibiliteit — Agrivoltaïsche energie moet worden ontworpen om tegemoet te komen aan de concurrerende behoeften van eigenaren van zonne-energie, zonne-exploitanten en boeren of landeigenaren om efficiënte landbouwactiviteiten mogelijk te maken.

Samenwerking en partnerschappen — Om elk project te laten slagen, is communicatie en begrip tussen groepen cruciaal.

InSPIRE vertegenwoordigt de grootste, langstlopende en meest uitgebreide agrivoltaïsche onderzoeksinspanning ter wereld, verspreid over 28 locaties in 11 Amerikaanse staten, Puerto Rico en het District of Columbia. Bij sommige van deze sites gaat het om direct onderzoek, sommige om onderzoeksontwerp en -overweging, en sommige om voortdurende raadpleging en begeleiding van partners.

"Eén ding dat InSPIRE heel goed heeft gedaan, is het creëren van een gemeenschap van mensen die anders denken over het ontwerp en beheer van PV-zonne-energie. Over het algemeen is er na een InSPIRE-conferentiegesprek waarin wetenschappers en praktijkmensen uit de industrie hun resultaten horen delen, er een enorme energie en optimisme voor de uitdaging en kansen voor ons", zegt Rob Davis van Connexus Energy, de grootste elektrische coöperatie van het Midwesten.